화학물질 탄소 중립 추진 현주소

탄소 중립과 화학 안전 세미나 개최
화학 안전 분야 탄소 중립 전환 관심 쏠려

‘ENVEX 2021’ 행사 첫날인 지난 7월 8일 환경부 화학물질안전원과 한국환경정책평가연구원(KEI)가 공동 주관한 ‘탄소 중립과 화학 안전 세미나’가 코엑스 308호에서 개최돼 관계자들과 관람객들의 관심이 쏠렸다.

이날 발제자로 나선 서양원 KEI 환경위해연구실장은 ‘화학 안전 분야 탄소 중립 전환 관련 국내외 동향’에 대해 발표했다. 서 실장에 따르면 탄소 중립(Carbon Neutral)은 탄소 배출량과 흡수제거량을 같게 함으로써 실질적인 배출량을 ‘0’으로 만드는 것이다. 인간의 활동에 의한 온실가스 배출을 최대한 줄이고, 남은 온실가스는 흡수 또는 제거해서 실질적인 배출량이 0(Zero)’가 되도록 한다는 의미에서 “탄소 제로”라고도 한다.

신기후체제는 파리 기후변화협약 이행을 위한 구체적인 목표와 관련해 “기온 상승을 섭씨 2도보다 훨씬 작게 유지하고 특히 기온 상승을 1.5도 이하로 제한하도록 노력을 기울일 것”을 정하고 있다. ‘탄소 중립 2050’은 지구온난화 1.5℃ 특별보고서’를 승인한 제48차 IPCC 총회에서 파리협정 채택 시 합의된 1.5℃의 Net Zero로 2050년을 제안했다. 또 2℃ 목표 달성 경로의 경우, 2010년 대비 약 25% 감축해야 하며, 2070년경에는 탄소 중립을 달성한다는 목표를 세웠다.

이와 관련, 파리기후변화 협약은 모든 당사국이 2020년까지 파리협정 제4조 제19항에 근거해 지구 평균온도 상승을 2℃ 이하로 유지하고, 나아가 1.5℃를 달성하기 위한 장기저탄소발전전략(LEDS)과 국가 온실가스 감축 목표(NDC)를 제출하기로 합의했다. 그리고 세계 각국은 2016년부터 자발적으로 온실가스 감축 목표를 제출, 2017년부터 2020년까지 기존 국가 온실가스 감축 목표를 갱신하거나 새롭게 제출한 국가는 75개국(이들이 전 세계 이산화탄소 배출량에서 차지하는 비율은 2017년 기준 30% 정도)이다.

EU 그린딜의 탄소 중립 방향

2019년 12월 폴란드를 제외한 EU 국가들은 탄소 중립 실현을 위한 ‘그린딜(European Green Deal’에 합의했다. 그린딜에 의하면 2030년까지 최소 1조 유로를 투자하고, 2030년까지 1990년 대비 50%를 줄일 계획을 수립했다. EU집행위원회는 석탄, 석유, 가스 등 화석연료에 대한 의존을 줄이는데 10년간 최소 1조 유로 규모의 재원을 조성하는 계획을 수립했다.

또 2020년 10월 유럽의회는 새로운 2030년 온실가스 감축 목표(1990년 대비 60% 감축)를 설정했다. 그리고 EU 전체 및 개별 회원국 차원에서 모두 2050년까지 기후 중립을 달성하기 위해 2040년까지의 온실가스 감축 목표를 설정하기로 했다.

2050년 기후 중립 달성으로의 진전 상황 평가를 위해 EU집행위원회는 2022년 6월까지 독립적 과학자문기구로서 European Climate Change Council을 설치해야 한다. EU집행위원회가 2020년 9월 2030년 목표(1990년 대비 최소 55% 감축)를 제안할 때는 산림, 토지이용 등 탄소흡수(Carbon Sink)를 통한 온실가스 감축을 목표 달성 실적에 포함시켰으나, 유럽의회는 2020년 10월 회의를 통해 산림, 초지 등의 탄소흡수를 온실가스 감축 실적에서 제외했다. 또한 EU 및 회원국은 2025년 12월까지 화석연료에 대한 모든 직간접 보조금을 폐지할 것을 합의했다.

美 바이든 행정부 기후에너지 공약

미국 바이든 행정부의 기후위기 및 그린뉴딜에 대한 인식은 기후에너지 공약에 잘 나타난다. 기후에너지 공약에 따르면 기후위기는 미국과 세계가 직면한 본질적 위협이자 가장 큰 도전으로, 이에 대한 대응 방안으로 청정에너지 혁명을 제시했다. 그리고 그린뉴딜을 이 도전에 응하는 결정적인 프레임워크라고 적시하며, 미국 민주당의 그린뉴딜 전략에 지지를 보냈다. 바이든이 그린뉴딜을 강조하는 이유는 첫째, 기후위기 대응이 훨씬 강화되어야 하고, 둘째, 환경과 경제는 완전하고도 전적으로 연결되어 있기 때문이다.

100% 청정에너지 경제는 의무이기도 하지만 성장과 일자리 창출의 기회로도 간주한다는 게 바이든 행정부의 인식인 셈이다. 주요 정량목표는 전반적으로 2050년 이전 100% 청정에너지 경제 및 온실가스 순배출 제로를 달성하는 것이다. 세부적으로 발전 분야는 2035년까지 탄소 무배출, 건물 분야는 2035년까지 탄소 배출량 50% 감축, 수송 분야의 정량적인 핵심목표는 제시하지 않고 부문별 목표(2030년까지 공공 전기차 충전소 50만개 건설 등)만 제시했다.

한국 탄소 중립 2050 전략

우리나라는 탄소 중립 2050 전략을 세우고 있다. 전략의 비전은 온실가스 감축 중심의 ‘적응적(Adaptive)’에서 새로운 경제사회 발전전략 수립을 통해 ‘능동적(Proactive)’ 대응을 도모하는 것이다. 또한 탄소 중립 사회로의 전환에도 불구하고 지속가능한 경제성장과 삶의 질 향상이 가능한 신경제 사회구조 시스템 구축이다. 실행전략은 크게 4가지로 나뉜다.

첫째, (적응)경제구조 모든 영역에서 新탄소화 추진이다. 구체적으로 주요 온실가스 배출원인 발전산업건물수송 분야에 대한 기술개발 지원, 제도개선 등을 통해 온실가스 조기 감축을 유도한다. 둘째, (기회)新유망 저탄소 산업 생태계 육성이다. 구체적으로 탄소 중립 패러다임에 맞게 기존 혁신 생태계를 점검보완하고 저탄소 산업을 새로운 성장동력으로 인식육성하는 체계를 구축한다.

셋째, (공정)공정 전환을 통해 전 국민의 참여를 유도한다. 구체적으로 전환 과정에서 소외되는 계층 산업이 없도록 하고, 전 국민적 공감대를 토대로 지역민간 등이 주도하는 Bottom-up 방식으로 추진한다. 넷째, (기반)탄소 중립 인프라 강화다. 구체적으로 재정제도 개선 및 녹색금융 활성화, 기술개발 확충, 국제협력 등을 통해 탄소가격 시그널 강화 및 효과적인 탄소감축 이행을 지원한다.

2021 환경부의 탄소 중립 이행 추진 과제는 에너지 전환, 미래차(모빌리티), 탄소 중립 건물, 폐기물 제로 순환경제 로드맵 마련 등이다. 아울러 기후위기 적응 및 지역 중심 기후 탄력성 강화 추진과 제도적 기반을 강화한다.

국내 산업부문 온실가스

국내 온실가스 배출권거래제 명세서 배출량 통계 기준 산업부문 온실가스 배출량은 철강(32.3%), 석유화학(17.2%), 시멘트(14.2%), 정유(9.1%), 산업단지(4.5%), 반도체(4.5%) 순이다. 에너지 사용량은 석유화학(28.1%), 철강(18.8%), 정유(9.7%), 시멘트(6.7%), 반도체(6.3%), 산업단지(5.0%) 순이다. 그리고 온실가스 다배출 상위 25개 기업의 배출량(2015∼2018년 평균)이 약 2억2천만톤으로 2017년 국가 총배출량 대비 약 31% 수준이며, 산업부문 총배출량 대비 약 58%, K-ETS 할당업체 총배출량 대비 약70%이다.

산업부문의 온실가스 감축을 위한 주요 수단으로는 크게 7가지(수소화기술 및 원료 재활용, 신소재 전환 및 고부가 제품 확대, 기기 효율 개선, 스마트 공장 및 산단, 이산화탄소 포집저장 활용, 저탄소 연원료 사용, 산업공정 배출 감축)를 제시하고 있다. 또 7가지 각 수단별 정책지표와 전망지표(감축 효과, 기술성숙도, 감축 비용) 기준으로 실현 가능성을 비교했다. 7가지 가운데 실현 가능성이 높은 수단은 기기 효율 개선과 산업공정 배출 감축으로 분류됐다.

그리고 장기저탄소발전전략(LEDS) 기반으로 부문별 이슈 분석과 온실가스 감축 기여도, 주력산업 연관성, 정책 환경을 고려해 기획 과정에서 민간기업이 적극 참여해 산업현장의 시급한 수요를 반영한 10대 핵심기술을 전략적으로 도출했다. 핵심기술은 에너지 전환(태양광풍력, 수소, 바이오에너지), 산업 저탄소화(철강시멘트, 석유화학, 산업공정 고도화, CCUS), 수송(수송효율), 건물(건물효율), 디지털화 등이다.

국외 화학물질 분야 탄소 중립 추진 동향

서양원 환경위해연구실장은 국내외 화학물질 분야 탄소 중립 추진 동향에 대해서도 전했다. ‘DG CLIMA(2019) 제안 EU 탄소감축 수단’에 의하면 석유화학산업 탄소저감 시나리오에 필요한 감축 옵션은 공정개선(에너지효율 혁신(TRL 4단계 이상), 염소(ODC 나프타 촉매 분해 선별적 멤브레인)), 연료 전환(80% 시나리오(전기보일러 에틸렌, 암모니아, 메탄올 제조 수소 사용(80%))), 95% 시나리오(전기보일러 에틸렌, 암모니아, 메탄올 제조 수소 사용(100%)), CCS 해당 없음, 원부자재 효율 제고 및 대체(상당한 속도로 플라스틱을 바이오 플라스틱 대체, 비료 수요 경감, 원부자재 효율성 95% 향상) 등이다.

독일 산업부문 2050 감축 시나리오에 따르면 석유화학은 산업부문 전체 배출량 중 12.2%를 구성한다. 그리고 독일 국가 기준으로 2015년 대비 2050년까지 80% 감축 시나리오와 95% 감축 시나리오 2가지를 제시했다.

영국 에너지기후변화부&기업혁신기술부(2015)는 철강, 시멘트, 석유화학에 공통적으로 적용될 수 있는 감축 수단은 에너지효율, 원부자재효율 향상 등인데, 이들 공통적 수단으로는 각각 15%(철강), 12%(시멘트), 31%(석유화학) 수준의 감축만 가능한 것으로 추정했다. 또한 감축량을 획기적으로 증가시키기 위해서 탄소포집 및 저장과 바이오매스 사용 확대 등이 중요할 것으로 추정하며, 이를 통해 철강, 시멘트, 석유화학 산업에서 각각 60%, 62%, 88%가 감축 가능할 것으로 전망했다.

그리고 2018년 법률 제정 이후 경제, 에너지, 산업전략부가 2017년 주요 부문별 정책 로그맵(Climate Change Act와 Chemical sector 로드맵)을 구상, 화학물질 분야 저탄소화 추진을 위한 4개 분야, 10개 추진사항을 제시했다.

영국 보건안전청(HSE Safe Net Zero)은 탄소 중립 안전 솔루션을 통해 영국 정부의 탄소저감 추진에 필요한 신기술 개발 및 적용 과정에서 건강과 안전을 고려하는 방안을 모색했다. 그리고 수소 등 탄소 중립을 위한 전환 과정에서 쟁점이 되는 물질에 대해 안전 관련 콘퍼런스를 정기적으로 개최한다. HES의 주요 수소 관련 분야는 수송 연료, 소규모 고정 사용장소, 가스 터빈, 파이프라인 분포, 핵 관련 산업 등이다.

화학 안전 관련 선행 연구는 탄소 포집시설 운영 시 흡수 노드에서의 위해 발생 시나리오 및 잠재적 인체 및 환경 영향(2018년), 탄소 포집시설 운영 시 재생성 노드에서의 위해 발생 시나리오 및 잠재적 인체 및 환경 영향 등이 있다.

국내 화학 분야 온실가스 감축 애로사항과 과제

국내 석유화학 기초유분 생산량 추세(2012∼2019년 기준)는 물질별로 차이는 있지만, 전체 생산량은 지속 상승(18.5%), 온실가스 배출량은 기초유분 증가와 비슷한 추세를 보이면서, 지속적으로 상승(20.4% 증가)했다.

서 실장은 “2050년 국가 온실가스 순배출 제로 달성을 위해 철강, 시멘트와 함께 석유화학 산업 온실가스 감축이 매우 중요하다”고 전했다. 석유화학 분야의 탄소 중립을 위한 애로사항은 내부 온실가스 감축 여력 부족, 감축 기술 상용화 미비에 따른 투자 리스크 높음, 적응 가능 기술의 한계감축 비용 높음, 적응 가능 기술의 감축량이 낮음 등이다.

주요 과제는 ▷감축 수단 효과가 높은 ‘설비에서 발생하는 고온 재활용’, ‘에너지 고효율 설비 활용’, ‘공정효율 개선’ 등에 초점을 둔 정책 ▷대규모비가역적 투자가 필요한 장치산업인 특성을 고려하여 온실가스 외부비용 반영 등 일관적이고 강화된 정부 정책 의지 필요, 바이오 연료 전환기술 동향 적극 모니터링 및 국가 R&D 로드맵 반영, 에너지 고효율 설비 개선에 대한 기술 투자나 R&D 투자에 대한 세액공제 지원 확대 등이다.

석유화학 분야의 탄소 중립을 위한 기술혁신과제는 고품질 대량 물질 재활용 및 화학적 재활용 방식의 개발/고도화, 지속가능한 바이오 원료 개발(납사, 천연가스 대체), 공정에 그린수소 및 저탄소 전기로 대체 등이다.

감축 수단

국내 화학 분야 온실가스 감축 수단과 관련해선 산업부문(특히 철강, 시멘트, 석유화학)에 공통 적용 가능한 감축 옵션과 부문별 감축 옵션으로 구분된다. 그리고 효과적 감축을 위해서는 두 가지 감축 옵션이 모두 필요하다.

공통 적용 가능 감축 옵션은 순환성 강화수요관리, 에너지 효율화 등이다. 산업별 탈 탄소 옵션에 공통 적용되어 상당한 양의 온실가스 감축이 예상되는 기술은 그린수소, 공정 전기화, 바이오매스, 전환 연료로서 천연가스 활용 등이다.

재활용 플라스틱, 바이오 연료로 기존 화석연료 대체 시 화학 업종의 온실가스는 50∼100% 감축 가능할 것으로 추정된다. 탄소 중립 10대 핵심기술(태양광 초고 효율화/풍력 대형화, 수소 전주기 기술 확보, 바이오에너지 선도기술 확보, 철강시멘트 산업 저탄소 전환, 저탄소 차세대 석유화학 구현, 산업공정 효율 극대화, 무탄소 차세대 수송 기술, 탄소 중립 건물 기반 기술, 디지털화 기반 효율 최적화, CCUS 상용화 기술 확보) 관련, 석유화학 분야의 경우 공정효율 향상의 한계를 고려해 저탄소 연료 및 공정 전기화 기술 확보에 중점을 뒀다.

또한 탄소 중립 10대 핵심기술이 적용된 미래 사회의 석유화학 분야는 원재료의 저탄소화 구현을 통한 바이오 석유화학 및 CCUS 및 수소 등 저탄소에너지 활용이 예상된다.

환경부 ‘스마트 생태공장 구축사업’

국내 화학 관련 탄소 중립 추진 사업은 환경부의 ‘스마트 생태공장 구축사업’, 산업부의 ‘클린팩토리(생산공정에너지 효율화)’, 중소벤처기업부의 ‘스마트 공장(생산공정 스마트 시스템 도입) 지원사업’ 등이 있다.

환경부의 ‘스마트 생태공장 구축사업’의 목적은 오염배출원 비중이 큰 제조업 공장을 녹색공장(오염물질 최소화, 재생에너지 활용, 폐자원 순환이용 등)으로 전환하는 친환경 제조공장 선도 모델 구축확산이다. 지원대상은 국내에 제조공장을 소유한 중소중견기업이다. 지원 범위는 오염물질 관리, 자원순환 관리, 공정에너지 관리, 스마트 운영 관리, 기타 친환경시설 등이다.

민경국 한국환경공단 차장은 “오염물질 저감과 자원에너지 효율 향상으로 선진국 대비 낮은 수준인 국내 제조업의 부가가치율을 높이고, 2022년까지 온실가스 1만2900톤을 감축하고, 2022년까지 1000명의 고용 창출 효과가 기대된다”며, 스마트 생태공장 구축사업의 기대효과를 전했다.

산업부의 ‘클린팩토리’ 사업의 목적은 산단 내 사업장의 생산공정 단계에서 4대 오염물질(온실가스, 미세먼지, 폐기물, 유해화학물질)을 원천적으로 감축하는 클린팩토리 구축을 지원하는 것이다. 지원대상은 전국 모든 산업단지 내 중소중견 제조업이며, 지원 내용은 사업장 진단 및 친환경 설비보급공정개선 지원이다.

탄소 중립과 관련된 기술은 대기 배출 이산화탄소를 포집하고 지층에 저장하는 이산화탄소 포집 저장(CCS) 기술과 이산화탄소를 유용한 물질로 전환하여 재사용하는 포집활용저장(CCUS) 기술이 있다. 포스코사는 2050년 탄소 중립 목표 달성을 위해 2030년 20%, 2040년 50% 감축이라는 중단기 목표를 제시하는 기후 행동 보고서를 발간했다.

탄소 배출을 줄이기 위해 개발 중인 다양한 저탄소 솔루션 1단계로 에너지효율 향상과 경제적 저탄소 원료로의 대체를 추진하고, 2단계에는 스크랩 활용 고도화와 CCUS 적용, 3단계에서는 기존 FINEX 기반의 수소환원제철 기술을 개발하여 궁극적으로 수소 환원과 재생에너지에 기반한 탄소 중립 제철 공정을 구현한다는 계획이다.

화학 안전 정책 마련해야

서 실장은 탄소 중립 전환 시 화학 안전과 관련해 예상되는 변화와 문제점과 관련해선 “화학물질 취급시설 제조공정 관리 체계의 사각지대 발생 가능성이 있다”고 전했다. 서 실장은 또 “유해화학물질 취급시설의 탄소 중립 기술 요소와 조화를 이룰 수 있는 중장기 전략을 수립할 필요가 있다”고 전했다. 서 실장에 따르면 중장기 전략 수립과 관련해 ‘2050 탄소 중립 추진전략(3+1)’, 환경부 탄소 중립 이행 계획 등과의 연계를 통한 화학 안전 정책을 마련하자는 것이다.

현재 환경부 화학물질안전원은 ‘유해화학물질 취급시설(제조공정)의 탄소 중립 전환을 위한 제1차 기술조사 및 과제 발굴’ 과제를 진행 중이다. EU 그린딜의 경우 9개 정책 분야 중 하나로 오염 저감을 선정하고 별도의 화학물질 분야 추진전략 및 로드맵을 수립했다.

서 실장은 또한 화학 안전 분야 탄소 중립 전환을 위한 추진 우선순위 선정 시 고려사항으로 탄소 중립 추진전략 등 관련 계획의 추진 시기 고려, 탄소 중립 전환 관련 기술의 개발 현황 및 현황 적용 시기 등을 고려해 단기중기장기 등으로 추진사항 구분, 국내 화학물질 취급시설 등 산업계 현황 분석 및 의견 청취 등을 통해 이해관계자에 대한 영향 및 파급 효과 고려 등을 꼽았다.

<조혜영 기자>